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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Querträger zur Anordnung an einem Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils mit den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 5.
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An Kraftfahrzeugbauteilen ist heutzutage die Aufgabe gestellt, hochfeste Eigenschaften bei gleichzeitigem spezifisch geringem Eigengewicht zu realisieren. Dies wird gefordert, da ein geringes Eigengewicht ein erhebliches Kraftstoffsparpotential mit sich bringt und somit der CO2-Ausstoß eines Kraftfahrzeugs deutlich verringert wird. Im Gegensatz zum Eigengewicht werden hochfeste Eigenschaften gefordert, die zum einen durch Herstellerforderungen für eine hochsteife Karosserie eingesetzt werden, zum anderen durch gesetzliche und herstellerbedingte Vorgaben im Karosserieverbund sowie als Anbauteile die geforderten Crashanforderungen erfüllen.
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffbauteilen sowie Faserverbundwerkstoffbauteile bekannt, die die entsprechend zuvor genannten Anforderungen erfüllen und gleichzeitig wirtschaftlich auch in großen Stückzahlen produzierbar sind. Faserverbundwerkstoffbauteile sind jedoch durch die eingesetzten Werkstoffe – Faser und Harz – werkstoffbedingten Produktionsschwankungen unterlegen, die eine gewisse Fertigungstoleranz nicht ausschließen können.
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Bei metallischen Bauteilen, insbesondere bei Stahlbauteilen, ist es jedoch durch den Werkstoff selber sowie langjährige Erfahrungen in den Herstellungs- und Produktionsverfahren von Bauteilen mit einem metallischen Werkstoff möglich, Produktionstoleranzen gänzlich auszuschließen bzw. auf ein deutlich unterkritisches Niveau zu senken. Neuartige Fertigungstechnologien, beispielsweise das Warmumformen und Presshärten, sowie neue Werkstoffe haben in den letzten Jahren nochmals eine exponentielle Verbesserung gegenüber konventionellen Fertigungsverfahren von metallischen Bauteilen erreicht.
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Die metallischen Werkstoffe unterliegen jedoch, insbesondere unter Aspekten der Großserienproduktion, umformtechnischen und fertigungstechnischen Grenzen, insbesondere auch unter Einbeziehung von wirtschaftlichen Aspekten. Mithin ist es zwar möglich, durch komplexe, aufwendige Fertigungsverfahren metallische Bauteile für ein Kraftfahrzeug herzustellen, die höchste Festigkeitswerte aufweisen, bei gleichzeitig geringem Eigengewicht, insbesondere durch eine gewichtsoptimierende Verschlankung des Bauteils, jedoch sind diese Bauteile zwangsläufig nicht immer wirtschaftlich zu fertigen.
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Weiterhin sind aus dem Stand der Technik neuartige Fertigungsverfahren zur Herstellung von metallischen Profilen bekannt. Beispielsweise aus der
DE 199 39 166 B4 ist ein Verfahren zum flexiblen Walzen eines Metallbandes bekannt, wobei das Metallband während des Walzprozesses durch ein zwischen zwei Arbeitswalzen gebildeten Walzspalt geführt wird und der Walzspalt während des Walzvorgangs gezielt eingestellt wird. Hierdurch wird über die Länge des Metallbandes eine unterschiedliche Banddicke erzielt, so dass ein hiermit hergestelltes Metallband und/oder Profil eine Gewichtsoptimierung erfährt und an die jeweils geforderten Eigenschaften des Einsatzgebietes bzw. der Weiterverarbeitung angepasst werden kann. Durch ein derartiges Verfahren ist es wirtschaftlich möglich, Vorformteile bzw. Ausgangsmaterialien zur Verfügung zu stellen, die gewichtsoptimiert sind und in Folgeschritten zu den gewünschten Bauteilen weiterverarbeitet werden.
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Auch die
US 2008/0309112 A1 offenbart sowohl ein Verfahren zur Herstellung eines Querträgers als auch einen Querträger an sich. Dieser Querträger wird im Wesentlichen dadurch charakterisiert, dass er als offenes Teilprofil ausgestaltet ist und in Längsrichtung gebogen wird.
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Weiterhin offenbart die
US 2005/0014015 A1 ein aus einem metallischen Blech hergestelltes Bauteil, welches sowohl in Längs- als auch in Querrichtung unterschiedliche Wandstärken aufweisen kann.
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Die
DE 10 2009 003 508 A1 zeigt zudem ein Verfahren zur Herstellung eines pressgehärteten Metallbauteils, wobei dieses aus einer Platine erzeugt wird und Teilbereiche mit unterschiedlicher Wandstärke aufweist, wobei die Bereich mit reduzierter Wandstärke dem Presshärten nicht unterliegen.
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Die
DE 10 2004 037 206 A1 zeigt eine Fahrzeugkarosserie bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Fahrzeugkarosserie, die sich aus Einzelelementen zusammensetzt. Diese Einzelelemente sind aus flexibel gewalztem Blech mit in Längsrichtung variabler Blechdicke ausgebildet, was sie an die spezifischen Belastungen anpassen soll.
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Auch die
US 2007/0063546 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung bzw. eine Kraftfahrzeugsäule an sich, welche durch eine Hydroumformung gebildet wird und über ihre Längsachse verschiedene Wandstärken aufweist. Dies soll eine optimierte Verformung bei einem gegebenenfalls auftretenen Unfall ermöglichen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend vom zuvor genannten Stand der Technik einen Querträger für Kraftfahrzeuge zur Verfügung zu stellen, der gewichtsoptimiert mit hochfesten Eigenschaften besonders wirtschaftlich hergestellt ist. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Kraftfahrzeugbauteilen aufzuzeigen, die gewichtsoptimiert sind, hochfeste Eigenschaften aufweisen und besonders wirtschaftlich herstellbar sind.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird mit einem Querträger zur Anordnung an einem Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Der verfahrenstechnische Teil der Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 5 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Querträger zur Anordnung an einem Kraftfahrzeug, wobei der Querträger als umgeformtes metallisches Profilbauteil ausgebildet ist und zumindest abschnittsweise über seine Länge verlaufend im Querschnitt zwei Bereiche mit voneinander verschiedener Wandstärke und über seine Länge verlaufend zumindest zwei Abschnitte mit voneinander verschiedener Wandstärke aufweist und dass in einem Biegebereich des Querträgers eine Wandstärke ausgebildet ist, die gegenüber den benachbarten Wandstärken 1,2- bis 2,0-fach dünner ausgebildet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass zur Herstellung des Querträgers zwei schweißtechnisch gekoppelte Blechplatinen verwendet werden und dass der Querträger beschichtet ist und/oder aus vorbeschichtetem Ausgangsmaterial hergestellt ist, wobei der Querträger durch Warmumformen und Presshärten hergestellt ist und dass die Wandstärke des Bereiches und/oder des Abschnittes in der Mitte des Querträgers die relativ auf die Wandstärken des Querträgers bezogenen dickste Wandstärke aufweist und dass ein Übergangsbereich, der sich zwischen den beiden Bereichen erstreckt und/oder ein Übergangsabschnitt, der sich zwischen den beiden Abschnitten erstreckt, eine Breite kleiner gleich 20 mm aufweist, wobei die Breite geringer ist als die 5-fache Wandstärke des dickeren an den Übergangsbereich angrenzenden Bereichs und/oder des dickeren an den Übergansabschnitt angrenzenden Abschnitts und dass ein Wandstärkenübergang im Querschnitt einen progressiven und/oder linearen und/oder degressiven Verlauf aufweist.
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Auf ein Kraftfahrzeugkoordinatensystem bezogen ist die Länge des Querträgers in Y-Richtung verlaufend. Wird auf der Y-Achse ein Querschnitt in X-Z-Ebene des Querträgers vollzogen, so weist der Querschnitt des Querträgers erfindungsgemäß mindestens zwei Wandstärken auf, die voneinander verschieden sind.
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Die Querschnittsebene liegt folglich in der X-Z-Ebene des Kraftfahrzeugkoordinatensystems. Im Rahmen der Erfindung zeichnet sich der Querträger dadurch aus, dass er einstückig als metallisches Profilbauteil aus einer Blechplatine oder aber einer Walzplatine hergestellt ist. Die voneinander verschiedenen Wandstärken sind im Rahmen der Erfindung als Wandstärke im Material selber zu verstehen und nicht als Dopplung, beispielsweise durch ein Falzen.
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Der erfindungsgemäße Querträger kann somit durch die mindestens zwei Bereiche mit voneinander verschiedener Wandstärke in der X-Z-Ebene crashoptimiert und/oder torsionsoptimiert und/oder biegesteifigkeitsoptimiert ausgelegt werden, bei gleichzeitiger Reduktion des Eigengewichtes gegenüber einem Referenzquerträger, der eine konstante Wandstärke aufweist.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der Querträger rollgeformt oder pressgeformt. Unter pressgeformt ist im Rahmen der Erfindung eine ein- oder mehrstufige Umformoperation in einem Presswerkzeug zu verstehen, bei der ein Bauteil insbesondere U-förmig oder hutförmig, oder darüber hinausgehend weiter zu einem O-förmigen Bauteil, geformt wird. Im Rahmen der Erfindung ist hierunter eine walztechnisch vorbereitete Platine mit mindestens zwei voneinander verschiedenen Wandstärken zu verstehen, die dann in einem Pressformschritt oder aber einem Rollformschritt zu dem entsprechenden Querträger weiterverarbeitet wird. Im Rahmen der Erfindung ist unter einer walztechnisch bearbeiteten Platine auch ein entsprechend präparierter Coil bzw. Stahlband zu verstehen.
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Insbesondere das Rollformen bietet produktionstechnische Vorteile, da hohe Umformfreiheitsgrade gegeben sind bei gleichzeitig wirtschaftlich günstigen Produktionsmöglichkeiten. Die tendenziell schwer weiterzuverarbeitende Blechplatine mit unterschiedlichen Wandstärken kann durch das Rollformen wiederum leicht gehandelt werden und es können insbesondere kleine Biegeradien an den Bauteilen selbst erzeugt werden, wobei sich die unterschiedlichen Wandstärken nur geringfügig auf die Freiheitsgrade des Umformverfahrens beim Rollformen auswirken.
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Je nach Anwendungsfall kann es jedoch auch von Vorteil sein, den Querträger presszuformen. Eine Entscheidung zwischen den zwei Formverfahren hängt maßgeblich von den zu erreichenden Umformgraden und der Stückzahl des herzustellenden Bauteils sowie der Relation der voneinander verschiedenen Wandstärken ab.
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Insbesondere ist der Querträger einstückig aus einer kaltgewalzten, besonders bevorzugt aus einer walzprofilierten Blechplatine hergestellt, wobei die Blechplatine mindestens zwei Bereiche unterschiedlicher Wandstärke aufweist.
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Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, den Querträger aus einer mehrteiligen Blechplatine herzustellen, wobei die Blechplatine mindestens zwei Bereiche unterschiedlicher Wandstärke aufweist. Die Blechplatine ist in dieser Verfahrensvariante zweigeteilt und durch ein bevorzugt stoffschlüssiges Koppelungsverfahren zu einer einteiligen Blechplatine gekoppelt, der so genannten TailoredWeldedBlank TWB. Besonders vorteilhaft ist aber auch die Verwendung von TailorStrips, welche aus wenigstens zwei einzelnen Stahlbändern unterschiedlicher Materialstärke bestehen und ebenfalls stoffschlüssig zu einem Coil verbunden sind. Hierdurch ergeben sich wiederum besonders unter wirtschaftlichen Aspekten produktionstechnische Vorteile, da Blechplatinen mit voneinander verschiedenen Wandstärken als Rohmaterialien eingesetzt werden können und ggf. nur eine geringe Nachbearbeitung, beispielsweise eine geringe walztechnische Nachbearbeitung, nach dem Fügeverfahren erforderlich ist.
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Der erfindungsgemäße Querträger ist besonders bevorzugt als dreidimensional geformtes Biegebauteil ausgebildet, er weist also in seiner einfachsten Ausführungsvariante ein im Querschnitt C- oder S-förmiges Profil auf, wobei in einem Biegebereich, also einem Übergangsbereich, von einem Steg zu Schenkeln im Falle eine C-förmigen Profils, eine Wandstärke ausgebildet ist, die gegenüber den benachbarten Wandstärken dünner ist. So ist am Beispiel des C-förmigen Profils die Wandstärke des Steges und/oder der Schenkel dicker als die Wandstärke im Biegebereich. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die zur Herstellung erforderlichen Umformkräfte nur gering ausfallen müssen und im Falle von hochfesten oder höchstfesten Werkstoffen entsprechend gute Umformbarkeiten gegeben sind.
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Die für die Torsions- und Biegebeanspruchung relevanten Flächen, wiederum im Falle des C-förmigen Querträgers, der Schenkel und des Steges weisen eine im Vergleich zu den Biegebereichen dickere Wandstärke auf, wodurch sich das Steifigkeitsverhalten anforderungsgemäß hoch einstellen lässt.
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Besonders vorteilig hat sich eine Wandstärke in einem Bereich erwiesen, die 1,2-fach bis 2,0-fach, insbesondere 1,5-fach bis 2-fach und besonders bevorzugt 1,8-fach dünner ausgebildet ist gegenüber einer benachbarten dickeren Wandstärke. Die im Querschnitt des Querträgers, also in der Querschnittsebene der X-Z-Achse des Kraftfahrzeugkoordinatensystems auftretenden, voneinander verschiedenen Wandstärken weisen somit die oben angegebenen Intervallgrenzen als Relation bzw. Verhältnisse auf. Hierdurch wird eine Synergie zwischen guter Verarbeitungsmöglichkeit, kostengünstiger Produktion, hohen Festigkeitseigenschaften und geringem Bauteilgewicht erreicht.
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Der Querträger weist in einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung über seine Länge verlaufend zumindest zwei Abschnitte mit voneinander verschiedener Wandstärke auf. Hierunter ist zu verstehen, dass der Querträger nicht nur im Bereich einer beliebig auf der Y-Achse zu positionierenden Querschnittsebene durch die X-Z-Achse zwei Bereiche mit voneinander verschiedener Wandstärke aufweist, sondern ebenfalls über seine Länge verlaufend, also in Y-Richtung des Kraftfahrzeugkoordinatensystems, zwei Abschnitte mit voneinander verschiedener Wandstärke. Hierdurch kann der Querträger nicht nur durch die Bereiche mit voneinander verschiedener Wandstärke gewichtsoptimiert werden, sondern ebenfalls durch die Abschnitte mit voneinander verschiedener Wandstärke.
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Ebenfalls ist es hierdurch möglich, gezielt Crasheigenschaften einzustellen, so dass beispielsweise in einem Mittelabschnitt eine tendenziell höhere Wandstärke gewählt wird, so dass hohe Widerstandseigenschaften gegenüber einem Fahrzeugcrash erzielt werden und beispielsweise in Anbindungsbereichen von Crashboxen und/oder Längsträgern eine eher geringe Wandstärke gewählt wird, so dass eine eher duktilere Eigenschaft zur gezielten Crashenergieabsorption durch ein Faltverhalten bzw. ein Umformverhalten erzielt wird. Ebenfalls ergibt sich in dieser Ausführungsvariante der Vorteil, dass ein Abreißen des Querträgers im Bereich der Crashboxen vermieden wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist es möglich, beispielsweise die Endbereiche oder aber einen Übergangsabschnitt zwischen Mittelbereich und Endbereich des Querträgers in seiner Wandstärke dünner auszubilden, so dass im Falle eines Off-Set-Crashs ein gezieltes Ableiten des versetzt auftreffenden Widerstandes oder Gegenstandes durch gezielte Verformung des Querträgers realisiert wird.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist zwischen den zwei Bereichen ein Übergangsbereich ausgebildet und/oder zwischen den zwei Abschnitten ein Übergangsabschnitt ausgebildet. Der Übergangsbereich und/oder der Übergangsabschnitt ist bevorzugt derart ausgebildet, dass ein fließender Übergang zwischen den zwei Abschnitten und/oder Bereichen mit voneinander verschiedener Wandstärke erzeugt wird. Der Übergang bzw. das Fließen des Überganges kann dabei spiegelsymmetrisch erfolgen oder aber auch derart, dass eine Seite im Übergangsbereich und/oder Übergangsabschnitt im Wesentlichen plan ist und die dieser planen Seite gegenüberliegende Seite einen fließenden Übergang von kleinerer Wandstärke zu größerer Wandstärke aufweist. Je nach Anwendungsfall kann hier im Rahmen der Erfindung ausgewählt werden, welche Erfordernisse an das herzustellende Bauteil gestellt werden. So ist es beispielsweise bei einem Bauteil im Sichtbereich unter Umständen erforderlich oder aber ästhetisch, eine glatte Oberfläche zu erzeugen, so dass ein verdeckt bzw. nicht sichtbarer Übergangsabschnitt oder Übergangsbereich fließend übergeht und der sichtbare Bereich oder Abschnitt im Wesentlichen plan ist.
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Die Breite des Übergangsbereiches und/oder Übergangsabschnittes ist insbesondere derart gewählt, dass sie geringer ist als die 5-fache Wandstärke des jeweils angrenzenden dickeren Bereiches und/oder dickeren Abschnittes des an den Übergangsbereich angrenzenden dickeren Bereiches und/oder an den Übergangsabschnitt angrenzenden dickeren Abschnitt. Die Breite des Übergangsbereiches erstreckt sich dabei bevorzugt an dem Querträger in X- und/oder Z-Richtung des Kraftfahrzeugkoordinatensystems, die Breite des Übergangsabschnittes erstreckt sich besonders bevorzugt an dem Querträger in Richtung der Y-Achse des Kraftfahrzeugkoordinatensystems.
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Insbesondere hat sich unter Berücksichtigung von herstellungstechnischen Aspekten sowie sich einstellender Festigkeitswerte gezeigt, dass eine absolute Breite der zuvor genannten Übergangsbereiche und/oder Übergangsabschnitte kleiner gleich 20 mm ist. Bevorzugt weist der Übergangsbereich und/oder Übergangsabschnitt jedoch immer eine Größe von mindestens 0,1 mm, insbesondere 1 mm und bevorzugt 5 mm auf. Der absolute Abstand zwischen den Bereichen und/oder Abschnitten mit voneinander verschiedenen Wandstärken ist somit nicht größer als 50 mm, bevorzugt nicht größer als 30 mm und insbesondere kleiner als 20 mm, mindestens jedoch 0,1 mm, bevorzugt 1 mm.
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Vorzugsweise ist der Wandstärkenübergang im Übergangsbereich und/oder Übergangsabschnitt nur an einer Oberflächenseite ausgebildet, wobei die gegenüberliegende Oberfläche im Übergangsbereich und/oder im Übergangsabschnitt im Wesentlichen plan ist. Maßgeblich werden hierdurch anbindungstechnische und/oder designtechnische Anforderungen an den Querträger erfüllt. Im Bereich der planen Oberfläche sind ein ästhetischer Gesamteindruck und/oder eine gute Kopplungsmöglichkeit mit anderen Bauteilen gegeben. Die Gewichtsoptimierung durch die Bereiche und Abschnitte mit dünnerer Wandstärke ist somit zunächst nicht sichtbar.
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In vorteilhafter Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Querträgers ist der Wandstärkenübergang im Übergangsbereich und/oder Übergangsabschnitt im Querschnitt mit einem progressiven und/oder linearen und/oder degressiven Verlauf ausgebildet. Je nach geometrischer Ausgestaltung des Querträgers kann durch den progressiven und/oder linearen und/oder degressiven Verlauf der Oberflächen im Übergang ein entsprechendes Crashverhalten, Faltverhalten und/oder zunächst ein Umformverhalten während des Herstellungsprozesses realisiert werden, das sich auf den jeweiligen Anwendungsfall als besonders vorteilhaft auswirkt.
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Zur Realisierung eines guten Crashverhaltens mit dem erfindungsgemäßen Querträger ist bevorzugt die Wandstärke des Bereiches und/oder des Abschnittes in der Mitte des Querträgers, also auf die X-Achse des Kraftfahrzeugkoordinatensystems bezogen in Fahrzeugmitte, der Bereich und/oder Abschnitt, der relativ auf die Wandstärken des gesamten Querträgers bezogen, die dickste Wandstärke aufweist. Hierdurch wird im mittleren Bereich eine besonders hohe Widerstandsfähigkeit gegen Biegung und Torsion erreicht, so dass der erfindungsgemäß gewichtsoptimierte Querträger ein gegenüber einem konventionellen Querträger gleiches oder aber höheres Widerstandsverhalten aufweist, bei gleichzeitig geringerem Eigengewicht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist der Querträger als geschlossenes Hohlprofil ausgebildet, vorzugsweise als rollgeformtes Hohlprofil und insbesondere als Mehrkammerhohlprofil. Im Rahmen der Erfindung ist unter einem geschlossenen Hohlprofil oder aber auch unter einem geschlossenen Mehrkammerhohlprofil ein kreisförmiges, elliptisches, rechteckiges, mehreckiges oder aber auch sternförmiges Hohlprofil zu verstehen. Die zuvor benannten Formen verstehen sich dann im jeweiligen Querschnitt beim eingebauten Querträger durch die X-Z-Ebene des Kraftfahrzeugkoordinatensystems. Es können auch Mischformen aus den zuvor genannten Querschnittsgeometrien und/oder Querschnittsformen als geschlossenes Hohlprofil hergestellt sein. Im Falle eines Mehrkammerhohlprofils sind ebenfalls die zuvor genannten Querschnittsformen möglich, die als Kombination beispielsweise zweier rechteckiger Querschnitte ein Mehrkammerhohlprofil bilden. Es sind jedoch auch Mischformen und oder beliebige Kombinationsformen der zuvor genannten Querschnittsformen als Mehrkammerhohlprofil Bestandteil der Erfindung.
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Besonders bevorzugt sind zur Herstellung des Querträgers zwei schweißtechnisch gekoppelte Blechplatinen verwendet. Weiterhin bevorzugt wird der Querträger durch Warmumformen und Presshärten hergestellt. Hierbei ergeben sich die Möglichkeiten einer leichten Umformbarkeit während des Warmformens und hohe Festigkeitseigenschaften, eingestellt durch das Presshärten.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist der Querträger beschichtet und/oder aus vorbeschichtetem Ausgangsmaterial hergestellt, insbesondere ist das Ausgangsmaterial mit einer Aluminiumbeschichtung vorbeschichtet. Hierdurch besitzt der Querträger einen Schutz gegen Korrosion, so dass er nicht im Laufe des Einsatzes in einem Kraftfahrzeug durch Korrosion in seinem Steifigkeitsverhalten beeinflusst wird.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist der Querträger als Mehrkammerhohlprofil rollformtechnisch hergestellt, wobei der Querträger im Querschnitt einen im Wesentlichen S-förmigen und/oder acht-förmigen Konturverlauf aufweist. Bei dem S-förmigen Verlauf können dabei einzelne Kammern, welche durch die S-Form ausgebildet sind, einseitig offen sein, im Beispiel des acht-förmigen Konturverlaufes sind die einzelnen Kammern geschlossen. Die acht-Form und/oder S-Form ist dabei auch als eckige Form zu verstehen, so dass eine acht-Form beispielsweise durch zwei aneinander grenzende Rechtecke ausgebildet ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist der Querträger in einen geteilten Vorderwandbereich und einen geteilten Hinterwandbereich aufgegliedert, wobei sich zwischen dem Vorderwandbereich und dem Hinterwandbereich ein Obersteg, ein Mittelsteg und ein Untersteg erstrecken. Hierdurch wird ein acht-förmiger Konturverlauf bzw. ein Konturverlauf im Querschnitt erzeugt, der zwei aneinander liegenden Rechtecken entspricht. Hierdurch wird ein Querträger bereitgestellt, der eine Querschnittskonfiguration eines Mehrkammerhohlprofils aufweist und dadurch besonders biegesteif im Crashfall ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist jeweils ein Übergangsbereich zwischen dem Hinterwandbereich, dem Vorderwandbereich, dem Obersteg, dem Mittelsteg und dem Untersteg ausgebildet.
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Besonders bevorzugt weisen beide Teile des Vorderwandbereichs und/oder beide Teile des Hinterwandbereichs die gleiche Wandstärke auf, insbesondere ist die Wandstärke zwischen 1,0 mm und 2,0 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 1,6 mm und 2 mm. Ferner erstreckt sich ein Übergangsbereich zwischen dem Hinterwandbereich, dem Vorderwandbereich, dem Obersteg, dem Mittelsteg und/oder dem Untersteg.
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Weiterhin bevorzugt überlappt ein Teil des Vorderwandbereiches den anderen Teil zumindest abschnittsweise und ein Teil des Hinterwandbereiches den anderen Teil zumindest abschnittsweise.
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Besonders bevorzugt sind die Teile des Vorderwandbereichs und des Hinterwandbereichs gekoppelt, insbesondere stoffschlüssig. Hierdurch erhöht sich die Festigkeitseigenschaft des Querträgers im Bereich des Vorderwandbereichs und/oder Hinterwandbereichs. Insbesondere lässt sich somit besonders produktionsgünstig der Querträger beispielsweise durch Rollformen herstellen und kann in einer anschließenden Fügeoperation gekoppelt werden. Hierdurch lassen sich die produktionstechnischen Vorteile der Blechumformung durch eine Schweißoperation ergänzen und es wird ein geschlossenes Bauteil hergestellt, das wiederum die festigkeitstechnischen Vorteile eines geschlossenen Bauteils aufweist.
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Der Obersteg und der Untersteg weisen weiterhin bevorzugt die gleiche Wandstärke auf, welche insbesondere zwischen 1 mm und 1,5 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 1,0 mm und 1,3 mm beträgt.
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In Relation der fünf Teilbereiche ist die Wandstärke des Oberstegs und/oder des Mittelstegs und/oder des Unterstegs dünner als die Wandstärke des Vorderwandbereichs und/oder des Hinterwandbereichs, wobei besonders bevorzugt die Wandstärke des Mittelstegs zwischen 0,5 mm und 1,5 mm, insbesondere zwischen 0,8 mm und 1,2 mm beträgt. Ein so kombiniert hergestelltes Bauteil hat sich als Optimum zwischen bauteilspezifischer Gewichtsreduzierung, Produzierbarkeit und Festigkeitseigenschaften herausgestellt.
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Der Querträger weist bevorzugt, zumindest bereichsweise und/oder abschnittsweise eine Festigkeit zwischen 600 N/mm2 und 1.000 N/mm2 auf, insbesondere zwischen 700 N/mm2 und 900 N/mm2 und ganz besonders bevorzugt 800 N/mm2.
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Die Festigkeitseigenschaften sind dabei besonders bevorzugt in den Bereichen und/oder Abschnitten der dünneren Wandstärke ausgebildet. Die Bereiche mit in Relation hierzu höherer Wandstärke können die gleichen Festigkeitswerte oder aber von diesen abweichende Festigkeitswerte aufweisen. Im Normalfall weisen die Festigkeitswerte bei den in Relation dickeren Wandstärken einen höheren Festigkeitswert auf. Sie können im Rahmen der Erfindung jedoch auch den gleichen oder aber niedrigeren Festigkeitswert aufweisen.
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Die zuvor genannten Merkmale sowie die damit verbundenen Vorteile sind im Rahmen der Erfindung beliebig für einen Querträger untereinander kombinierbar, ohne dabei den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Weiterhin ist es denkbar, einen Instrumententafelträger bereit zu stellen, welcher zumindest aus einem quer zur Kraftfahrzeuglängsrichtung verlaufenden rollformtechnisch hergestellten Trägerprofil ausgebildet ist und sich dadurch auszeichnet, dass das Trägerprofil über die Länge verlaufend im Querschnitt mindestens zwei Bereiche unterschiedlicher Wandstärke aufweist. Hierdurch ist es im Rahmen der Erfindung möglich, einen Instrumententafelträger zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug bereitzustellen, der gewichtsoptimiert ist und somit höchste Festigkeitseigenschaften aufweist bei sehr geringem spezifischen Eigengewicht.
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Insbesondere weist der Instrumententafelträger eine Funktion als Kraftfahrzeugstrukturbauteil auf und verstärkt die Kraftfahrzeugkarosserie in einem Mittelbereich, insbesondere zwischen den A-Säulen. Darüber hinaus bedarf es insbesondere auf Grund der Aufnahme von Lenksäule und Airbageinheiten im Crashfalle einer hohen Biegesteifigkeit, so dass eine ausreichende Abstützung durch den Instrumententafelträger gewährleistet wird. Um die aktuellen Anforderungen im Kraftfahrzeugkarosseriebau zu erfüllen, ist es jedoch notwendig, einen besonders leichten Instrumententafelträger herzustellen. Da der Instrumententafelträger in der Regel vollständig verdeckt unter der Instrumententafel und/oder weiteren Abdeckungen verbaut ist, werden an ihn rein technisch funktionale Anforderungen gestellt sowie eine günstige Produzierbarkeit und hohe Langlebigkeit.
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Als besonders vorteilig hat sich ein Trägerprofil herausgestellt, das im Querschnitt im Wesentlichen O-förmig ausgebildet ist, insbesondere Ei-förmig oder elliptisch. Durch diese Querschnittsgeometrie des Profils werden sowohl das geforderte Torsionsverhalten als auch die geforderte Biegesteifigkeit bei gleichzeitig geringem spezifischen Eigengewicht erfüllt.
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Weiterhin sind die mindestens zwei Bereiche unterschiedlicher Wandstärke bevorzugt in einen Dickbereich und einen Dünnbereich eingeteilt, wobei zwischen dem Dickbereich und dem Dünnbereich ein Übergangsbereich ausgebildet ist, der fließend verläuft. Es ist also ein progressiver, degressiver oder aber auch linearer Übergang zwischen Dickbereich und Dünnbereich ausgebildet und kein sprunghafter Übergang. Hierdurch wird wiederum sichergestellt, dass auf Grund eines Dickensprunges keine Sollknickstellen entstehen, welche sich negativ auf das Biegeverhalten oder aber auch das Torsionsverhalten auswirken könnten.
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Weiterhin besonders bevorzugt weist der Dünnbereich eine Wandstärke zwischen 0,2 mm und 1,5 mm, insbesondere zwischen 0,7 mm und 1,2 mm und ganz besonders bevorzugt zwischen 0,9 mm und 1 mm auf. Der Dickbereich weist im Rahmen der Erfindung eine Wandstärke zwischen 1,5 mm und 2,5 mm, insbesondere zwischen 1,7 mm und 2,2 mm, und ganz besonders bevorzugt 2 mm auf. Die zuvor beschriebenen geometrischen Daten haben sich als besonders vorteilig in Verbindung mit einer Gewichtsreduzierung erwiesen, so dass ein Optimum zwischen relativem geringerem spezifischem Eigengewicht und hoher Steifigkeit erhalten wird.
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Weiterhin bevorzugt weist der Dickbereich des Instrumententafelträgers Aufnahmen und/oder Aussparungen zur Aufnahme von Anbauteilen auf. Hierbei können beispielsweise Airbageinheiten, Kabelbäume, Steuermodule, eine Lenksäule und weitere Anbauteile an den Instrumententafelträger gekoppelt werden. Insbesondere der Dickbereich weist auf Grund seiner höheren Wandstärke eine erhöhte Steifigkeit auf, die wiederum durch Ausnehmungen oder Aufnahmen nur geringfügig beeinflusst wird, ohne sich nachteilig auf das Gesamtsteifigkeitsverhalten des Instrumententafelträgers auszuwirken.
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Weiterhin besonders vorteilig hat sich erwiesen, dass das Trägerprofil des Instrumententafelträgers zumindest bereichsweise eine Festigkeit zwischen 200 N/mm2 und 900 N/mm2, insbesondere zwischen 200 N/mm2 und 500 N/mm2 und ganz besonders bevorzugt 350 N/mm2.
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Auch eine Kraftfahrzeugsäule kann bereit gestellt werden, insbesondere eine A-, B-, C- oder eine D-Säule, wobei die Kraftfahrzeugsäule als umgeformtes metallisches Profilbauteil ausgebildet ist und sich dadurch auszeichnet, dass die Kraftfahrzeugsäule zumindest abschnittsweise über ihre Länge verlaufend im Querschnitt zwei Bereiche mit voneinander verschiedener Wandstärke aufweist.
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Unter der Länge einer Kraftfahrzeugsäule ist zu verstehen, dass im eingebauten Zustand die Kraftfahrzeugsäule maßgeblich in Kraftfahrzeug Z-Richtung orientiert ist. Die in der Kraftfahrzeugkarosserie eingebaute Kraftfahrzeugsäule weist somit in einem Querschnitt in Z-Richtung des Kraftfahrzeugkoordinatensystems verlaufend mindestens zwei Bereiche mit voneinander verschiedener Wandstärke auf. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise in besonders crashrelevanten Bereichen der Kraftfahrzeugsäule oder aber in Bereichen der Kraftfahrzeugsäule, die eine erhöhte Festigkeit aufweisen müssen, beispielsweise in einem Türschloss- oder aber Türscharnieranbindungsbereich, eine dickere Wandstärke auszubilden. Im Gegensatz hierzu kann in Bereichen, die weniger stark belastbar sein müssen, Gewichtseinsparpotential durch dünnere Wandstärke hervorgerufen werden.
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Die Kraftfahrzeugsäule ist bevorzugt aus einer mehrteiligen Blechplatine hergestellt, wobei die Blechplatine mindestens zwei Bereiche unterschiedlicher Wandstärke aufweist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist in einem Biegebereich der Kraftfahrzeugsäule eine Wandstärke ausgebildet, die gegenüber den benachbarten Wandstärken dünner ist. Hierdurch lässt sich die Kraftfahrzeugsäule besonders leicht herstellen, da insbesondere im Bereich der herzustellenden Biegeradien auf Grund der in Relation geringen Wandstärken eine leichte Umformbarkeit gegeben ist.
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Die Kraftfahrzeugsäule ist weiterhin über ihre Länge verlaufend bevorzugt zumindest zwei Abschnitte mit voneinander verschiedener Wandstärke auf.
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Hierunter ist maßgeblich weiterhin zu verstehen, dass in Kraftfahrzeug Z-Richtung die Kraftfahrzeugsäule zwei Abschnitte mit voneinander verschiedener Wandstärke aufweist. Auch hier ist es wiederum entsprechend der an die Kraftfahrzeugsäule gestellten Anforderungen zweckentsprechend, Abschnitte, die einer höheren Crashbelastung ausgesetzt wären oder aber an denen Anbauteile, wie beispielsweise ein Türschloss oder aber Türscharnier angebunden werden, mit einer höheren Wandstärke zu versehen und die übrigen Bereiche hierzu mit einer geringeren Wandstärke.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante sind bevorzugt zwei Bereiche mit einem Übergangsbereich ausgebildet, insbesondere sind auch zwei Abschnitte mit einem Übergangsabschnitt ausgebildet.
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Besonders vorteilig hat sich eine Wandstärke in einem Bereich erwiesen, die 1,2-fach bis 2,0-fach, insbesondere 1,5-fach und ganz besonders bevorzugt 1,8-fach, dünner ausgebildet ist gegenüber einer benachbarten dickeren Wandstärke. Die im Querschnitt der Kraftfahrzeugsäule, also in der Querschnittsebene der X-Y-Achse des Kraftfahrzeugkoordinatensystems, auftretenden, voneinander verschiedenen Wandstärken weisen somit die oben angegebenen Intervallgrenzen als Relation bzw. Verhältnisse auf. Hierdurch wird eine Synergie zwischen guter Verarbeitungsmöglichkeit, kostengünstiger Produktion, hohen Festigkeitseigenschaften und geringem Bauteilgewicht erreicht.
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Die Kraftfahrzeugsäule weist in einer bevorzugten Ausführungsvariante über ihre Länge verlaufend zumindest zwei Abschnitte mit voneinander verschiedener Wandstärke auf. Hierunter ist zu verstehen, dass die Kraftfahrzeugsäule nicht nur im Bereich einer beliebig auf der Z-Achse zu positionierenden Querschnittsebene durch die X-Y-Achse zwei Bereiche mit voneinander verschiedener Wandstärke aufweist, sondern ebenfalls über seine Länge verlaufend, also in Z-Richtung des Kraftfahrzeugkoordinatensystems, zwei Abschnitte mit voneinander verschiedener Wandstärke. Hierdurch kann die Kraftfahrzeugsäule nicht nur durch die Bereiche mit voneinander verschiedener Wandstärke gewichtsoptimiert werden, sondern ebenfalls durch die Abschnitte mit voneinander verschiedener Wandstärke.
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Ebenfalls ist es hierdurch möglich, gezielt Crasheigenschaften einzustellen, so dass beispielsweise in einem Mittelabschnitt eine tendenziell höhere Wandstärke gewählt wird, so dass hohe Widerstandseigenschaften gegenüber einem Fahrzeugcrash erzielt werden und beispielsweise in Anbindungsbereichen von Dachrahmen und/oder Schwellern eine eher geringe Wandstärke gewählt wird, so dass eine eher duktilere Eigenschaft zur gezielten Crashenergieabsorption durch ein Faltverhalten bzw. ein Umformverhalten erzielt wird. Ebenfalls ergibt sich in dieser Ausführungsvariante der Vorteil, dass ein Abreißen der Kraftfahrzeugsäule in den Bereichen der Anbindung vermieden wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist es möglich, beispielsweise die Endbereiche oder aber einen Übergangsabschnitt zwischen Mittelbereich und Endbereich der Kraftfahrzeugsäule in ihrer Wandstärke dünner auszubilden, so dass im Falle eines Crashs ein Abreißen bzw. Ausreißen vermieden wird.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist zwischen den zwei Bereichen ein Übergangsbereich ausgebildet und/oder zwischen den zwei Abschnitten ein Übergangsabschnitt ausgebildet. Der Übergangsbereich und/oder der Übergangsabschnitt ist bevorzugt derart ausgebildet, dass ein fließender Übergang zwischen den zwei Abschnitten und/oder Bereichen mit voneinander verschiedener Wandstärke erzeugt wird. Der Übergang bzw. das Fließen des Überganges kann dabei spiegelsymmetrisch erfolgen oder aber auch derart, dass eine Seite im Übergangsbereich und/oder Übergangsabschnitt im Wesentlichen plan ist und die dieser planen Seite gegenüberliegende Seite einen fließenden Übergang von kleinerer Wandstärke zu größerer Wandstärke aufweist. Je nach Anwendungsfall kann hier ausgewählt werden, welche Erfordernisse an das herzustellende Bauteil gestellt werden. So ist es beispielsweise bei einem Bauteil im Sichtbereich unter Umständen erforderlich oder aber ästhetisch, eine glatte Oberfläche zu erzeugen, so dass ein verdeckt bzw. nicht sichtbarer Übergangsabschnitt oder Übergangsbereich fließend übergeht und der sichtbare Bereich oder Abschnitt im Wesentlichen plan ist. Der Sichtbereich ist beispielsweise der beim Öffnen einer Tür sichtbare Säulenbereich.
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Die Breite des Übergangsbereiches und/oder Übergangsabschnittes ist insbesondere derart gewählt, dass sie geringer ist als die 10-fache, bevorzugt als die 5-fache Wandstärke des jeweils angrenzenden dickeren Bereiches und/oder dickeren Abschnittes des an den Übergangsbereich angrenzenden dickeren Bereiches und/oder an den Übergangsabschnitt angrenzenden dickeren Abschnitt.
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Die Breite des Übergangsbereiches erstreckt sich dabei bevorzugt an der Kraftfahrzeugsäule in X- und/oder Y-Richtung des Kraftfahrzeugkoordinatensystems, die Breite des Übergangsabschnittes erstreckt sich besonders bevorzugt an dem Querträger in Richtung der Z-Achse des Kraftfahrzeugkoordinatensystems.
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Insbesondere hat sich unter Berücksichtigung von herstellungstechnischen Aspekten sowie sich einstellender Festigkeitswerte gezeigt, dass eine absolute Breite der zuvor genannten Übergangsbereiche und/oder Übergangsabschnitte kleiner gleich 50 mm, besonders bevorzugt kleiner gleich 30 mm und insbesondere kleiner gleich 20 mm ist. Bevorzugt weist der Übergangsbereich und/oder Übergangsabschnitt jedoch immer eine Größe von mindestens 0,1 mm, insbesondere 1 mm und bevorzugt 5 mm auf. Der absolute Abstand zwischen den Bereichen und/oder Abschnitten mit voneinander verschiedenen Wandstärken ist somit nicht größer als 50 mm, bevorzugt nicht größer als 30 mm und insbesondere kleiner als 20 mm, mindestens jedoch 0,1 mm, bevorzugt 1 mm.
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Vorzugsweise ist der Wandstärkenübergang im Übergangsbereich und/oder Übergangsabschnitt nur an einer Oberflächenseite ausgebildet, wobei die gegenüberliegende Oberfläche im Übergangsbereich und/oder im Übergangsabschnitt im Wesentlichen plan ist. Maßgeblich werden hierdurch anbindungstechnische und/oder designtechnische Anforderungen an die Kraftfahrzeugsäule erfüllt. Im Bereich der planen Oberfläche sind ein ästhetischer Gesamteindruck und/oder eine gute Kopplungsmöglichkeit mit anderen Bauteilen gegeben. Die Gewichtsoptimierung durch die Bereiche und Abschnitte mit dünnerer Wandstärke ist somit zunächst nicht sichtbar.
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In vorteilhafter Ausführungsvariante der Kraftfahrzeugsäule ist der Wandstärkenübergang im Übergangsbereich und/oder Übergangsabschnitt im Querschnitt mit einem progressiven und/oder linearen und/oder degressiven Verlauf ausgebildet. Je nach geometrischer Ausgestaltung der Kraftfahrzeugsäule kann durch den progressiven und/oder linearen und/oder degressiven Verlauf der Oberflächen im Übergang ein entsprechendes Crashverhalten, Faltverhalten und/oder zunächst ein Umformverhalten während des Herstellungsprozesses realisiert werden, das sich auf den jeweiligen Anwendungsfall als besonders vorteilhaft auswirkt.
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Besonders bevorzugt sind zur Herstellung der Kraftfahrzeugsäule zwei schweißtechnisch gekoppelte Blechplatinen verwendet. Weiterhin bevorzugt wird die Kraftfahrzeugsäule durch Warmumformen und Presshärten hergestellt. Hierbei ergeben sich die Möglichkeiten einer leichten Umformbarkeit während des Warmformens und hohe Festigkeitseigenschaften, eingestellt durch das Presshärten.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist die Kraftfahrzeugsäule beschichtet und/oder aus vorbeschichtetem Ausgangsmaterial hergestellt, insbesondere ist das Ausgangsmaterial mit einer Aluminiumbeschichtung vorbeschichtet. Hierdurch besitzt die Kraftfahrzeugsäule einen Schutz gegen Korrosion, so dass sie nicht im Laufe des Einsatzes in einem Kraftfahrzeug durch Korrosion in ihrem Steifigkeitsverhalten beeinflusst wird.
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Besonders bevorzugt weist die Kraftfahrzeugsäule einen Bereich und/oder Abschnitt auf, der gegenüber einem benachbarten Bereich und/oder Abschnitt eine dickere Wandstärke hat, eine Wandstärke von 2 mm bis 4 mm auf.
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Besonders bevorzugt weist weiterhin der Bereich und/oder Abschnitt, welcher gegenüber einem benachbarten Bereich und/oder Abschnitt eine dünnere Wandstärke hat, eine Wandstärke von 0,5 mm bis 2 mm auf.
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Die beiden oben angegebenen Intervalle verstehen sich im Rahmen der Erfindung jeweils inklusive der angegebenen Intervallgrenzen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- • Bereitstellen eines walzprofilierten Stahlbandes, optional eines vorbeschichteten Stahlbandes, mit mindestens zwei Bereichen unterschiedlicher Wandstärke,
- • Endkonturnaher Zuschnitt einer Blechplatine, wobei die Blechplatine optional beschichtet wird,
- • wobei das walzprofilierte Stahlband mindestens einer zweiten walztechnischen Bearbeitung unterzogen wird oder dass die aus dem Stahlband zugeschnittene Blechplatine einer zweiten walztechnischen Bearbeitung unterzogen wird,
- • Zumindest partielles Erwärmen der Blechplatine auf über Austenitisierungstemperatur,
- • Rollformtechnische Bearbeitung der Blechplatine,
- • Warmumformen und Presshärten der erwärmten Blechplatine zu dem Kraftfahrzeugbauteil, wobei das Kraftfahrzeugteil optional beschichtet wird und ein Kraftfahrzeugschweller oder ein Kraftfahrzeugstabilisator oder ein Querträger oder eine Crashbox hergestellt wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, im Rahmen der Erfindung ein Kraftfahrzeugbauteil einteilig aus einem walzpofilierten Stahlband herzustellen und ganz gezielt Bereiche unterschiedlicher Festigkeit auszubilden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Kraftfahrzeugbauteile, wie beispielsweise Querträger, Instrumententafelträger, Längsträger oder aber auch Kraftfahrzeugsäulen in Großserie gewichts- und crashoptimiert hergestellt werden, ohne dass aufwendige Nachbearbeitungsschritte folgen müssen. Durch die verschiedenen Bereiche mit voneinander unterschiedlicher Wandstärke ist es möglich, die Kraftfahrzeugbauteile besonders unter produktionstechnischen Aspekten kostengünstig herzustellen, ohne dabei auf gezielt eingestellte Festigkeitseigenschaften, wie beispielsweise ein in den geforderten Bereichen erforderliches Biege- oder Torsionsmoment, zu verzichten. Gleichzeitig sind die Bauteile durch die zuvor bestimmten Bereiche mit voneinander verschiedener Wandstärke gewichtsoptimiert hergestellt.
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Im Rahmen der Erfindung sind insbesondere die Biegebereiche und oder die Bereiche mit lokal hohen Umformgraden mit einer dünneren Wandstärke versehen als die Bereiche des Kraftfahrzeugbauteils, die nur eine geringe oder aber gar keine Umformung während der Herstellung erfahren.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Warmumformen die Blechplatine rollformtechnisch bearbeitet. Hierdurch ist es möglich, die Kraftfahrzeugbauteile mit hochkomplexen Umformgraden herzustellen, ohne dass diese lokal hohen Umformgrade in nur einem Verfahrensschritt stattfinden. In nur einem Verfahrensschritt würden zu hohe Spannungen und Scherbeanspruchungen in dem Material erzeugt. Durch das mehrfache Umformen und ggf. Wärmebehandeln erfolgen Relaxationen, so dass sich die lokal hohen Umformgrade nicht schädigend auf die Festigkeitseigenschaften innerhalb des Werkstoffes auswirken.
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Im Rahmen der Erfindung kann zumindest eine partielle Wärmenachbehandlung durchgeführt werden, insbesondere eine induktive Wärmenachbehandlung. Besonders bevorzugt wird die Nachbehandlung in Biegebereichen und oder Wandstärkenübergangsbereichen durchgeführt. Die Wärmenachbehandlung wird nach dem Presshärten des Bauteils durchgeführt, so dass hier gezielt Bereiche mit duktileren Werkstoffeigenschaften herstellbar sind. Insbesondere in den Biegebereichen werden somit gezielt in dem Bauteil vorhandene Spannungen abgebaut. Im Rahmen der Erfindung können an den hergestellten Kraftfahrzeugbauteilen die Wärmenachbehandlungen aber auch in Bereichen, in denen Anbindungspunkte für beispielsweise Airbageinheiten, Schlossträger oder aber auch Türscharniere montiert werden, durchgeführt werden, so dass hier ein Abreißen im Crashfall vermieden wird.
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Es ist weiterhin Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass optional ein vorbeschichtetes Stahlband verwendet wird oder dass die Blechplatine und das Bauteil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet werden. Durch die Vorbeschichtung und/oder das Nachbeschichten wird das erfindungsgemäß hergestellte Kraftfahrzeugbauteil korrosionsgeschützt. Die Beschichtung wird dabei abhängig von den Erfordernissen an den Korrosionsschutz und/oder die Umformgrade gewählt. Ein weiterer Aspekt zur Wahl der optimalen Beschichtung ist die Weiterverarbeitung. Insbesondere bei einer schweißtechnischen Weiterverarbeitung ist die Beschichtung derart zu wählen, dass sie sich mit dem eingesetzten thermischen Fügeverfahren synergetisch ergänzt.
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Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, die bereits walzprofilierte Blechplatine bzw. das walzprofilierte Stahlband vor der Weiterverarbeitung mindestens einer zweiten walztechnischen Bearbeitung zu unterziehen. Beim mindestens zweiten walztechnischen Bearbeitungsschritt können somit feinere Sicken oder Konturverläufe eingebracht werden, die beispielsweise baureihenspezifisch sind. Hierdurch kann im Rahmen der Erfindung grundsätzlich ein Ausgangsmaterial verwendet werden, das eine bestimmte geometrische Abmessung, insbesondere die mindestens zwei voneinander verschiedene Wandbereiche, aufweist. Durch die weitere walztechnische Bearbeitung kurz vor der Weiterverarbeitung ist es somit möglich, die Stahlbänder und/oder Blechplatinen weiter auf die geforderten geometrischen Abmessungen zu spezifizieren. Durch flexibel gestaltete walztechnische Verarbeitungsverfahren ist es somit möglich, beispielsweise durch Umrüsten einer Walzmaschine, das Walzverfahren für verschiedenste Kraftfahrzeugbauteile und/oder Baugruppen zu verwenden, ohne dass jeweils verschiedenes Ausgangsmaterial bereit gestellt werden muss. Auch hierdurch senken sich die Produktionskosten.
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Es ist weiterhin denkbar, eine Kraftfahrzeugsäule, insbesondere eine A-, B-, C- oder D-Säule herzustellen, wobei eine Längsrichtung der Blechplatine zur Herstellung der Kraftfahrzeugsäule senkrecht zu einer Längsrichtung des Stahlbandes orientiert verlaufend ausgeschnitten wird. Hierdurch ist es wiederum möglich, das Stahlband in Längsrichtung derart zu walzen, dass es zwei voneinander verschiedene Wandstärken aufweist. Durch den senkrechten Ausschnitt der für die Herstellung der Kraftfahrzeugsäule benötigten Blechplatine werden somit in Kraftfahrzeug Z-Richtung an der Kraftfahrzeugsäule mindestens zwei Abschnitte mit voneinander verschiedener Wandstärke ausgeschnitten.
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Im Rahmen der Erfindung wird besonders bevorzugt mit dem Verfahren ein Türaufprallträger oder ein Längsträger oder ein Instrumententafelträger oder ein Kraftfahrzeugschweller oder ein Kraftfahrzeugstabilisator oder ein Querträger oder eine Crashbox hergestellt.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten sind in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfacheren Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Querträger in einer Schnittansicht;
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2 einen Instrumententafelträger in einer Schnittansicht;
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3a bis c eine B-Säule in verschiedenen Ansichten und
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4a bis h einen Ablauf eines erfindungsgemäß durchgeführten Verfahrens.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Querträger 1 zur Anordnung an einem hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeug im Querschnitt. Der Querträger 1 weist dabei eine im Wesentlichen acht-förmige Konfiguration bzw. eine Konfiguration mit zwei aneinander grenzenden Rechtecken auf. In der Einbausituation in der Kraftfahrzeug X-Richtung X weist der Querträger 1 weiterhin einen Vorderwandbereich 2 sowie einen Hinterwandbereich 3 auf.
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Der Vorderwandbereich 2 und der Hinterwandbereich 3 sind dabei jeweils mehrteilig ausgebildet, wobei ein oberer Teil 4 des Vorderwandbereiches 2 von einem unteren Teil 5 des Vorderwandbereiches 2 überlappt wird. Optional kann der erfindungsgemäße Querträger 1 in dem Überlappungsbereich 6 thermisch gefügt sein. Der untere Teil 7 des Hinterwandbereichs 3 wird von einem oberen Teil 8 des Hinterwandbereiches 3 ebenfalls überlappt. Auch hier kann optional eine thermische Fügung in einem Überlappungsbereich 6 hergestellt werden. Durch die thermische Fügung erhöht sich das Steifigkeitsverhalten des erfindungsgemäßen Querträgers 1.
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Weiterhin erstrecken sich zwischen dem Vorderwandbereich 2 und dem Hinterwandbereich 3 ein Obersteg 9, ein Mittelsteg 10 und ein Untersteg 11. Zwischen den einzelnen Stegen 9, 10, 11 und dem Vorderwandbereich 2 und dem Hinterwandbereich 3 sind jeweils Übergangsbereiche 12 in Form einer Biegung ausgebildet.
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Die einzelnen Bereiche des Querträgers 1 mit voneinander verschiedener Wandstärke weisen hier dargestellt. im Vorderwandbereich 2 und im Hinterwandbereich 3 jeweils eine Wandstärke von 1,8 mm auf. Der Obersteg 9 und der Untersteg 11 weisen eine Wandstärke von 1,2 mm auf. Der Mittelsteg 10 weist eine Wandstärke von 1 mm auf. Hierdurch ergeben sich an dem Querträger 1 drei Bereiche mit voneinander verschiedener Wandstärke 13. Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Querträgers 1 wird somit zunächst ein walzprofiliertes Stahlband genommen, in dem drei voneinander verschiedene Wandstärkenbereiche in Bandrichtung ausgebildet sind. Dieser wird dann rollformtechnisch zu dem schematisch im Querschnitt dargestellten Querträger 1 verarbeitet.
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2 zeigt weiterhin einen Instrumententafelträger 14 in einer Querschnittsansicht. Der Instrumententafelträger 14 weist in seinem O-förmigen Querschnitt 15 insbesondere eine ovale Form bzw. eine Ei-Form auf. An einer Vorderwand 16 ist eine Wandstärke 13 von maßgeblich 0,8 mm ausgebildet, wohingegen an einer Rückwand 17 des Instrumententafelträgers 14 eine hierzu größere Wandstärke von 1,5 mm ausgebildet ist. Zwischen der Vorderwand 16 und der Rückwand 17 erstrecken sich wiederum Übergangsbereiche 12, die einen fließenden Übergang zwischen der Vorderwand 16 und der Rückwand 17 des Instrumententafelträgers 14 ausbilden.
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3a bis c zeigen eine Kraftfahrzeugsäule, hier dargestellt in Form einer B-Säule (18). In 3c ist erkenntlich, dass die B-Säule (18) in ihrem Querschnittsverlauf zwei Bereiche (19, 20) mit unterschiedlicher Wandstärke (21, 22) bzw. mit voneinander verschiedenen Wandstärken (21, 22) aufweist. Zwischen den zwei voneinander verschiedenen Bereichen (19, 20) ist ein Übergangsbereich (12) ausgebildet.
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In 3b ist die Kraftfahrzeugsäule in einer perspektivischen Ansicht dargestelltes ist auch möglich, dass die Kraftfahrzeugsäule zwei Abschnitte (24, 25) mit voneinander verschiedener Wandstärke (21, 22) aufweist. Hierbei ist in Bezug auf die Kraftfahrzeugsäule oben ein Abschnitt 1 (24) und unten ein Abschnitt 2 (25) dargestellt. Zwischen den beiden Abschnitten (24, 25) erstreckt sich ein hier nicht näher dargestellter Übergangsabschnitt.
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4a) bis h) zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei 4a wird zunächst ein walzprofiliertes Stahlband auf einer entsprechenden Abwicklungsvorrichtung bereitgestellt. Das von der Abwicklungsvorrichtung abgewickelte Stahlband wird in 4b) zu einem Platinenzuschnitt weiterverarbeitet. Die in 4b) dargestellte zugeschnittene Platine wird auf einer ersten Umformstation zunächst U-geformt und auf einer in 4d) dargestellten zweiten Umformstation zu dem fertigen Bauteil O-geformt.
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4e) bis h) zeigen eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ebenfalls wird ein walzprofiliertes Stahlband auf einer Abwicklungsvorrichtung bereitgestellt. In 4f) wird dieses bereits profilierte Stahlband auf einer Beschneidestation zu einer Platine beschnitten. Die Platine wird gemäß 4g) in einer Erwärmungseinrichtung erwärmt. Dies kann in 4g) dargestellt im Durchlaufen oder aber beispielsweise in einem Schichtofen oder mehrteiligen Erwärmungsverfahren erfolgen. Anschließend wird die erwärmte Platine gemäß 4h) in einer Umformstation warm umgeformt und anschließend pressgehärtet. Hierzu ist an die Umformstation in 4h) ein Wärmetauscher angeschlossen, der das Bauteil während oder nach der Umformung kühlt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Querträger
- 2
- Vorderwandbereich
- 3
- Hinterwandbereich
- 4
- oberer Teil zu 2
- 5
- unterer Teil zu 2
- 6
- Überlappungsbereich
- 7
- unterer Teil zu 3
- 8
- oberer Teil zu 3
- 9
- Obersteg
- 10
- Mittelsteg
- 11
- Untersteg
- 12
- Übergangsbereich
- 13
- Wandstärke
- 14
- Instrumententafelträger
- 15
- O-förmiger Querschnitt
- 16
- Vorderwand zu 14
- 17
- Rückwand zu 14
- 18
- B-Säule
- 19
- Bereich 1
- 20
- Bereich 2
- 21
- Wandstärke zu 19
- 22
- Wandstärke zu 20
- 23
- Übergangsbereich
- 24
- Abschnitt 1
- 25
- Abschnitt 2
- X
- Kraftfahrzeug X-Richtung
